Анализ требований к качеству процесса водообеспечения промышленных предприятий. Расчет эксплуатационных затрат на очистные механизмы. Обоснование выбора производственных сооружений фильтров, предназначенных для технологических методов водоснабжения.
При низкой оригинальности работы "Водоснабжение промышленного предприятия. Паровые котлы среднего давления", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
При расчете стоимости реагентов для регенерации исходят из их расхода, приблизительно равному трехкратному расходу: - стоимость соли - 1500 руб./т.; 3 - при расчете стоимости реагентов для регенерации исходят из их расхода, приблизительно равному трехкратному расходу; Расход 20% раствора сернокислого алюминия из суточного расхода товарного коагулянта составит: Где: - концентрация раствора коагулянта в растворном баке; Принимаем гидравлическое перемешивание раствора коагулянта при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора коагулянта в растворный бак. 6.31 объем расходных баков для растворов ПАА следует определять исходя из сроков хранения 1% раствора не более 15-ти суток.
Введение
Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов, поэтому обеспечение водой промышленных предприятий в заданных количествах и заданного качества, при соблюдении требований технологии и надежности является важнейшей задачей системы водоснабжения.
Требования к качеству сводятся к следующему: вода не должна оказывать отрицательного влияния на качества выпускаемого продукта; не должна вызывать образование солевых отложений, биологических обрастаний и коррозии арматуры, трубопроводов и сооружений; должна обеспечивать необходимое санитарно-гигиеническое состояние рабочих мест. Каждая отрасль промышленности предъявляет свои требования к качеству используемой воды. Для систем производственного водоснабжения в основном используется свежая вода из источника водоснабжения, при необходимости подвергаемая очистке на водопроводных очистных сооружениях.
Огромные объемы потребления воды, дефицит в источниках водоснабжения и необходимость их охраны от загрязнения делают проблему обеспечения водой промышленных предприятий чрезвычайно сложной.
Решающую роль должны сыграть разработка и применение новых технологических процессов и методов, которые позволяют создать высокоэффективные и высоко экономические системы водного хозяйства.
1. Исходные данные
Показатели качества исходной воды из водных источников приведены в табл. 1.
Требуемая производительность по умягчаемой воде Qym = 200 м3/ч. Необходимо подготовить воду для паровых котлов среднего давления.
Для паровых котлов среднего давления базовая технологическая схема водоподготовки: Na-Na.
Характеристики очищенной воды: Ж ? 0,05 мг. экв/л;
Таблица 1. - Показатели качественного состава воды: № п/п Показатели качественного состава воды Ед. измер. Речная Подземная
1 Мутность мг/л 250 5
2 Цветность град. 60 10
3 Температура град. С 0,1-22 7
4 РН 7,2 7,75
5 Жесткость общая мг экв/л 5,2 9,6
6 Жесткость карбонатная мг экв/л 2,2 3,8
7 Окисляемость мг/л О2 10,5 2,0
8 Железо общее мг/л 1,1 0,4
9 Кислород растворенный мг/л 6,5 0,5
10 Азот аммонийный мг/л 1,5 1,1
11 Азот нитрийный мг/л 0,005 сл.
12 Азот нитратный мг/л 1,7 0,5
13 Щелочность мг экв/л 2,2 3,8
14 Фтор мг/л 0,65 0,8
15 Марганец мг/л 0,2 0,1
16 Кремний мг/л 3,0 5,0
17 Углекислота свободная мг/л 5,5 18,5
18 Углекислота гидрокарбонатная мг/л 134,4 231,8
19 Сульфаты мг/л 50 210,8
20 Хлориды мг/л 440 93,0
21 Сухой остаток мг/л 1098 1038,6
22 Коли-титр 0,0065 >333
23 Число колоний шт/мл 9000 3
24 Кальций мг/л 90 104
25 Магний мг/л 8,5 45,2
26 Натрий калий мг/л 250,8 29,1
Сравнение показателей качества водных источников приведены в таблице 2.
Таблица 2. - Сравнение показателей качества водных источников: Показатели качественного состава воды Подземная Речная
1. Мутность, мг/л. 5 < 250 -
2. Цветность, град Со 10 < 60 -
3. Жесткость общ., мг экв/л 9,6 - > 5,2
4. Железо общее, мг/л 0,4 < 1,1 -
5. Марганец, мг/л 0,1 < 0,2 -
6. ? А (SO42- CI-), мг. экв/л 4,52 < 5,58-
7. Сухой остаток, мг/л 1038,6 < 1098 -
8. Кальций, мг. экв/л 104 - > 90
9. Магний, мг. экв/л 45,2 - > 8,5
10. Натрий, мг. экв/л 2,11 > 4,48 -
2. Оценка приведенных затрат на схемы очистки воды в зависимости от источника
Большое значение на выбор схемы водоподготовки оказывают эксплуатационные затраты, которые для ионообменных установок тем выше, чем выше значения жесткости воды и солесодержания.
Однако в ряде случаев на выбор схемы оказывают влияние такие показатели воды как цветность, мутность, окисляемость, содержание железа и марганца.
Ионообменные установки, как известно, требуют тщательной предочистки во избежание “отравления” ионообменных смол органическими веществами.
А также ионами железа и марганца. Стоимость схемы предочистки также может оказать решающее значение.
Для объективной оценки стоимости различных вариантов схем водоподготовки (для различных составов исходной воды) пользуются приведенными затратами на водоподготовку.
Приведенные затраты (определяющие затраты на водоподготовку в течение одного года) определяются по формуле:
Где: Еі - приведенные затраты по i-му варианту, тыс. руб./год;
Кі - капитальные затраты (стоимости оборудования), тыс. руб./год.
Таблица 3: Расход Q,м3/час 40-60 60-100 100-200
Стоимость, рублей за 1 м3/ч для: осветлители фильтры 100000 90000 80000 аэрация обезжелезивание 60000 50000 45000
Где: k - нормативный коэффициент окупаемости проекта, принимаемый обычно 0,16 при сроке окупаемости 6 лет;
Эі - эксплуатационные затраты (на реагенты, электроэнергию и т. п.), тыс. руб./год.
Экономический эффект от принятой схемы определяется как:
Для определения стоимости оборудования схем предочистки и ионного обмена пользуются величиной “стоимости” 1м3/час, которая зависит от расхода станции. При расчете стоимости реагентов для регенерации исходят из их расхода, приблизительно равному трехкратному расходу: - стоимость соли - 1500 руб./т.;
- кислоты H2SO4 - 2000 руб./т.;
- щелочи NAOH - 4000 руб./т.
Определение приведенных затрат при использовании воды из поверхностных источников: Е = Кі·* k Эі
Эксплуатационные затраты:
Где: - эквивалентная масса реагента, кг. экв./м3;
3 - при расчете стоимости реагентов для регенерации исходят из их расхода, приблизительно равному трехкратному расходу;
7000 - число работы часов в год;
- стоимость реагента, руб./т.;
- суммарное содержание ионов, при удалении которых расходуется соответствующий реагент, экв/м3.
Эксплуатационные затраты на соль: Где:
;
.
Приведенные затраты: Определение приведенных затрат при использовании воды из подземных источников.
Эксплуатационные затраты на соль: Где:
;
.
Приведенные затраты: Экономический эффект от принятой схемы определяется как:
Исходя из экономического эффекта для водоснабжения промышленного предприятия, принимаем отбор воды из поверхностного источника.
Так как содержание мутности и цветности в реке сравнительно большое, то необходимо ввести ступень предочистки воды.
3. Расчет предварительной очистки воды
В качестве предварительной очистки выбираем технологическую схему с осветлителями со слоем взвешенного осадка и с напорными фильтрами.
Расчет сооружений для мокрого хранения коагулянтов.
В состав сооружения для мокрого хранения и приготовления коагулянта входят: - емкость мокрого хранения коагулянта;
- насос подачи раствора коагулянта на осветительный фильтр;
По СНИП 2.04.02-84 п. 6.2.1, в баке-хранилище должен быть концентрированный 20% раствор коагулянта. Расход 20% раствора сернокислого алюминия из суточного расхода товарного коагулянта составит:
Где: - концентрация раствора коагулянта в растворном баке;
т/м3 - объемный вес раствора коагулянта (принимаем при Т=150С);
Qk20% = 0,5 * 100 / (20 * 1,257) = 1,99 м3/сут.
Применяем время хранения раствора при максимальном расходе коагулянта 15 суток, тогда объем емкости для хранения коагулянта составит:
Согласно СНИП 2.04.02-84 п. 6.205 - количество растворных баков необходимо принимать не менее трех. Принимаем 3 бака-хранилища, по 10 м3 каждый, с размерами в плане 2,2 х 2,2 х 2,2 м.
Принимаем гидравлическое перемешивание раствора коагулянта при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора коагулянта в растворный бак.
Расчет емкости расходного бака: Емкость расходного бака определяется по формуле: Wp = Qчас * n * Дк / (10000 * bp * ?)
Где: Qчас - часовой расход в м3/ч;
Дк - максимальная доза коагулянта в пересчете на безводный продукт в г/м3;
bp - концентрация раствора коагулянта в расходном баке (принимаем 8%);
n - время, на которое заготавливают раствор коагулянта; принимаем равным 12 ч.;
? - объемный вес коагулянта в т/м3, принимается равным 1,08 т/м3.
Минимальное количество расходных баков по СНИП 2.04.02-84, п. 6.22, не менее 2-х. Принимаем 2 расходных бака, по 0,43 м3 каждый, с размерами в плане 0,75 х 0,75 х 0,75 м.
4. Выбор дозы флокулянта
Процесс осветления (осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов.
В качестве флокулянта используем полиакриламид - ПАА, способ ввода - перед смесителем.
Технический полиакриламид ПАА - прозрачный, б/ц или желтовато-коричневого цвета, вязкий текучий гель, содержащий 7-9% полимера. Поставляется в деревянных бочках, емкостью 100-150 кг.
Доза ПАА рассчитывается в соответствии со СНИПОМ 2.04.02-84, п. 6.17.
При М = 250 мг/л и Ц=60 град доза безводного ПАА составит ДПАА = 0,4 мг/л.
Флокулянт следует вводить в воду после коагулянта. Время разрыва между дозированием этих реагентов должно составлять 1,0-1,5 мин.
Расчет растворного узла ПАА: На практике пользуются 1% раствором ПАА. Технический ПАА растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок.
В соответствии со СНИП 2.04.02-84 п. 6.31 объем расходных баков для растворов ПАА следует определять исходя из сроков хранения 1% раствора не более 15-ти суток.
Wp = Qчас * n * Дф / (10000 * bp * ?) = 200 * 360 * 0,4 / (10000 * 1 * 1) = 2,88 м3
Где: Qчас - часовой расход;
= 0,4 мг/л - доза ПАА;
- концентрация ПАА в растворном баке;
= 1 т/м3 - объемный вес ПАА (при Т = 150С);
= 360 часов.
Согласно СНИП 2.04.02-84 п. 6.205 - количество растворных баков необходимо принимать не менее трех. Принимаем 3 растворных бака, по 1,0 м3 каждый, с размерами в плане 1,0 х 1,0 х 1,0 м.
Принимаем гидравлическое перемешивание раствора коагулянта при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора коагулянта в расходный бак.
Расчет емкости расходного бака. Требуемый объем определяется: W = Wp * bp / b = 2,88 * 1 / 0,5 =5,76 м3
Где: - концентрация раствора флокулянта;
= 1% - концентрация ПАА в растворном баке;
= 0,63 м3 - емкость 3 растворных баков.
Принимаем 2 расходных бака по 2,88 м3 каждый с размерами в плане 1,5 х 1,4 х 1,4 м.
Принимаем гидравлическое перемешивание раствора ПАА при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора ПАА в насос-дозатор.
5. Определение дозы извести для подщелачивания воды
При недостаточности щелочности реакция образования гидроокиси из сернокислого алюминия протекать не может. В этом случае нужно искусственно подщелачивать воду гашенной известь Ca(OH)2, едким натром NAOH или кальцинированной содой Na2CO3, добавляемыми в количестве:
Где: k = 28 мг/л - количество щелочи (извести), необходимое для подщелачивания воды на 1 мг. экв/л (по СНИП п. 6.19);
e = 57 мг. экв/л - эквивалентный вес коагулянта (безводного);
Щ = 5,2 мг. экв/л -щелочность исходной воды (по заданию). мг/л.
Таким образом, подщелачивание не нужно.
6. Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка
Потеря воды при продувке (при сбросе осадка): Максимальная концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в осветлитель: C = М К * Дк 0,25 * Ц И = 250 0,55 * 31 0,25 * 60 0 = 282
Где: М - количество взвешенных веществ в исходной воде, М = 250 мг/л;
Дк - доза коагулянта, Дк = 31 мг/л;
И - количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания, в нашем случае И = 0;
К - переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия - 0,55;
Ц - цветность воды, Ц = 60 град.
Принимаем время уплотнения осадка T = 8 ч, тогда средняя концентрация осадка dcp = 25000 г/м3. Процент воды, теряемой при сбросе осадка из осадка уплотнителя при продувке осветлителя: %ос = Кр * (С - m) / dcp * 100% = 1,2 * (282 - 10) / 25000 * 100% = 1,3%
Где: Кр - коэффициент разбавления осадка при его удалении, принимаем Кр = 1,2;
m - количество взвеси в воде, выходящей после обработки в осветлителе, принимаем m = 10 мг/л.
Потеря воды при продувке, т. е., при сбросе осадка, будет равна: qoc = Qчас *%ос / 100% = 200 * 1,3 / 100 = 2,6
Принимаем 2 рабочих осветлителя со слоем взвешенного осадка производительностью по 100 м3/ч каждый.
7. Расчет открытых безнапорных фильтров
Расчет фильтров выполняют исходя из производительности с учетом расхода осветленной воды на собственные нужды всех установленных фильтров. Общая площадь фильтрования F, м2, приближенно вычисляется по формуле:
F = Qcyt / (T * Vp.н - 3,6 * n * w * t1 - n * t2 * Vp.н)
t2 - время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаем t2 = 0,33 ч.
Количество фильтров должно быть: 0,5.
Тогда: 0,5 = 3 шт.
Площадь одного фильтра будет 32:3=10,7 м с размером в плане 3,3 м ? 3,3 м.
Скорость фильтрования при форсированном режиме: Vp.ф = Vp.н * N / (N - N1) = 7 * 3 / (3 - 1) = 10,5
Где: N1 - количество фильтров, находящихся в ремонте, принимаем N1 = 1 шт.
Подбор состава загрузки фильтра: Высота фильтрующего слоя hф = 700 мм., с минимальным диаметром зерен 0,5 мм., и максимальным 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен d = 0,9 мм, а коэффициент неоднородности Кн = 1,7. Поддерживающие слои имеют общую высоту 500 мм., и крупность зерен 2-32 мм.. Расчет Na - катионитных фильтров
Технологические данные для расчета Na-катионитовых фильтров.
Таблица 4:
Расчет первой ступени.
Расчет Na-катионитного фильтра начинают с подбора диаметра фильтра по скорости фильтрования. Нормальная скорость:
Максимальная скорость:
Где: wн, wm - нормальная и максимальная скорости фильтрования, м/ч (принимаются в зависимости от жесткости исходной воды).
- удельный расход соли на регенерацию обменной способности катионита.
QCNA = 250 * 1,72 * 1,5 * 350 / 1000 = 226 кг.
Суточный расход технической соли определяется по формуле:
Где: - расход технической соли на регенерацию фильтров, кг/сут., 93 - содержание NACL в технической соли в %.
Qt.с. = 226 * 1 * 3 * 100 / 93 = 729 кг/сут.
Расход воды на регенерацию: 4) Расход воды на взрыхляющую промывку, м3:
Где: - количество воды на одну взрыхляющую промывку, м3;
i - интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/с/м2;
- продолжительность взрыхляющей промывки, мин (табл.).
Qвзр. = 3 * 1,72 * 60 * 15 / 1000 = 4,64 м3.
5) Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли, м3:
Где: b - концентрация регенерационного раствора в %;
- плотность регенерационного раствора, т/м3.
Qp.р.. = 226 * 100 / (1000 * 8 * 1,056) = 2,8 м3.
6) Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации, м3: Qot = qot· ·
Где: qot - удельный расход воды на отмывку катионита, м3/м3.
Qot = 8 * 1,72 * 1,5 = 20,6 м3.
Расход воды на одну регенерацию Na-катионитного фильтра составляет: QC.Н. = Qвзр Qp.р. Qot
Где: QC.Н. - расход воды на собственные нужды Na-катионитового фильтра.
QC.Н.= 4,64 2,8 20,6 = 28,0 м3.
Меж регенерационный период работы фильтра определяется из уравнения:
Где: - меж регенерационный период каждого Na-катионитного фильтра;
n - количество регенераций Na-катионитного фильтра в сутки;
- время регенерации фильтра, мин.
Время регенерации фильтра определяется для каждого случая расчетным путем:
Где: - время взрыхляющей промывки фильтра, мин.
- время пропуска регенерационного раствора, определяется по формуле:
Где: - количество регенерационного раствора, м3;
- скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч.;
= 2,8 * 60 / (5 * 1,72) = 20 мин.
- время отмывки фильтров от продуктов регенерации, мин.
Количество одновременно регулируемых фильтров определяется: no.р = n * a * / 24 no.р = 1 * 3 * 3 / 24 ? 1.
10. Оборудование для хранения и расходования поваренной соли NACL
Хранение реагентов в водоподготовительных установках котельных предусматривают в помещении водоподготовки. Склад рассчитывают на 30-дневный запас реагентов. Мокрое хранение соли для удобства эксплуатации осуществляют не менее чем в двух железобетонных резервуарах.
Объем резервуаров мокрого хранения определяют по формуле:
Где: - объем резервуара для мокрого хранения реагента, м3;
1,5 - расчетный объем баков мокрого хранения на 1т реагента, м3;
b - необходимый запас соли на 30 суток;
p - остаток соли на 5-10 суток, предусматриваемый перед поступлением проектируемого запаса, кг.
м3.
Хранение крепкого (26%-ого) раствора соли осуществляется в мерниках или расходных баках, емкость которых принимается по суточному расходу. водообеспечение фильтр технологический
